KR101148880B1 - 토양 정화장치 및 그 정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양 정화장치 및 그 정화방법에 관한 것으로서, 특히, 중금속을 효과적으로 제거하고, 중금속이 정화된 토양을 안정화시킬 수 있는 토양용 중금속 제거장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은, 토양을 입자 크기별로 분리하는 스크린; 상기 스크린을 통과하는 토양에 세척액을 분사하는 세척기; 및 상기 세척기를 통과한 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하여 토양의 산화를 억제하는 침출수 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 정화장치를 제공한다.

토양, 중금속, 오염, 슬래그, EDTA

Description

토양 정화장치 및 그 정화방법 {CLEANER FOR SOIL AND CLEANING METHOD THEREOF}

본 발명은 토양 정화장치 및 그 정화방법에 관한 것으로서, 특히, 중금속을 효과적으로 제거하고, 중금속이 정화된 토양을 안정화시킬 수 있는 토양용 중금속 제거장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 중금속에 의한 토양오염은 지질학적 풍화작용, 광산 및 제련활동, 산업활동 뿐만 아니라 휴광산, 폐광산 갱내폐수, 광미, 폐석 등에 의해 일어나며 이러한 중금속들은 자연적으로 분해되지 않을 뿐만 아니라 토양 속에 잠재해 있다가 식물이나 지하수를 통해 인체와 동식물에 섭취되어 축적되고 독성을 나타낼 수 있다.

따라서 1996년 구리, 납 등 11개 항목을 토양오염물질로 지정한 토양환경보전법이 제정되었으며 중금속 배출 및 처리가 관리되기 시작하였다.

중금속 오염 토양의 정화방법 및 국내 중금속 오염토양의 처리현황은 아직 뚜렷한 처리실적이 보고되지 않고 있으며, 그 처리방법도 토양 고형화, 안정화, 굴착 후 매립, 복토 등의 단순한 오염 확산 방지기술이 대부분이다.

이러한 처리방법들은 경재성이 떨어질 뿐 아니라 불완전한 처리로 인해 향후 재처리 필요성이 있기 때문에, 경제적이며 효과적인 오염토양 복원기술 개발의 필요성이 요구되고 있다.

최근에는 중금속 오염 토양의 정화방법으로 전기화학적 방법이나 미생물을 이용한 방법 등이 제기 되고 있으나 가장 효과적인 방법은 산세척액을 활용한 토양세척법이다.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

종래기술에 따른 토양 정화장치 및 그 정화방법은 오염된 토양을 산세척액을 사용하여 오염된 토양의 중금속을 제거하기 때문에 토양이 황폐화되고 산성화 되는 문제점이 있다.

따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 효과적으로 중금속을 제거하고, 정화된 토양을 용이하게 안정화시킬 수 있는 토양 정화장치 및 그 정화방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 토양을 입자 크기별로 분리하는 스크린; 상기 스크린을 통과하는 토양에 세척액을 분사하는 세척기; 및 상기 세척기를 통과한 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하여 토양의 산화를 억제하는 침출수 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 정화장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 스크린은, 입자 크기가 제1설정치를 초과하는 토양을 거르는 제1스크린; 상기 제1스크린을 통과한 토양 중에 입자 크기가 제2설정치를 초과하는 토양을 거르는 제2스크린; 및 상기 제2스크린을 통과한 토양 중에 입자 크기가 제3설정치를 초과하고, 1차 세척작업이 이루어진 토양을 거르는 제3스크린을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 세척기는, 상기 제2스크린이 설치되고, 상기 제2스크린에 세척액을 분사하는 노즐이 설치되어 습식 분리작업을 행하는 제1세척조; 상기 제1세척조를 통과한 토양에 세척액을 분사하여 토양과 세척액을 섞는 제2세척조; 및 상기 제3스크린을 통과한 토양에 세척액을 분사하여 토양과 세척액을 섞는 제3세척조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 침출수 공급부는, 상기 제3세척조를 통과한 토양을 이동시키는 컨베이어벨트; 및 상기 컨베이어벨트를 따라 이동되는 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 토양을 입자 크기별로 분리하여 세척액을 분사하는 세척단계; 및 세척이 이루어진 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하여 토양의 산화를 억제하는 안정화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 정화방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 세척단계는, 토양을 제1스크린에 통과시켜 입자 크기가 제1설정치를 초과하는 토양을 거르는 제1분리단계; 입자 크기가 제1설정치 이하인 토양을 제1세척조로 통과시키면서 세척액을 분사하고, 제2스크린으로 통과시키면서 입자의 크기가 제2설정치를 초과하는 토양을 거르는 제2분리단계; 입자 크기가 제2설정치 이하인 토양을 제2세척조에 투입하여 토양에 세척액을 분사하여 교반시키는 제1세척단계; 상기 제2세척조를 통과한 토양을 제3스크린으로 통과시켜 입자의 크기가 제3설정치를 초과하는 토양을 거르는 제3분리단계; 및 입자 크기가 제3설정치 이하인 토양을 제3세척조로 통과시키면서 세척액을 분사하여 교반시키는 제2세척단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제1세척단계는 상기 제2세척조에 설치되는 스크루샤프트의 회전속도를 100rpm~150rpm으로 제어하여 상기 제2세척조를 통과하는 토양의 통과시간을 20분~45분으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제1세척단계에서는 세척액과 토양의 중량비가 1.5 내지 2.5 대 1인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제2분리단계에서 분사되는 세척액은 EDTA용출액을 포함하고; 상기 제1세척단계에서 분사되는 세척액은 EDTA용출액을 포함하고; 상기 제2세척단계에서 분사되는 세척액은 질산용액을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 EDTA용출액의 농도는 0.01M 내지 0.1M인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 질산용액의 농도는 0.01M 내지 0.05M인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 토양 정화장치 및 그 정화방법은 산세척액에 의해 정화된 토양에 슬래그 야적장 폐수인 슬래그침출수를 분사하여 산성 토양을 안정화시킴으로써, 토양의 산성화를 막을 수 있고, 토양 정화작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 토양 정화장치 및 그 정화방법의 일 실시예를 설명한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 정화장치가 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 정화장치는 토양을 입자 크기별로 분리하여 오염이 적은 토양을 거르는 스크린(10)과, 스크린(10)을 통과하는 오염 토양에 세척액을 분사하는 세척기(30)와, 세척기(30)를 통과한 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하여 토양의 산화를 억제하는 침출수 공급부(50)를 포함한다.

광산 지역이나 토목, 건축 공사장, 산업지역, 또는 자연재해 등에 의하여 인위적 또는 자연적으로 오염된 중금속 오염 토양을 스크린(10)에 공급하면 스크린(10)을 통과하지 못하는 큰 입자의 토양은 걸러지고, 스크린(10)을 통과한 작은 입자의 토양은 세척기(30)를 통과하면서 중금속이 제거되며, 침출수 공급부(50)로 부터 분사되는 슬래그 침출수 및 슬래그 미분에 의해 산성화되는 것이 억제된다.

슬래그 침출수는 슬래그의 에이징(Aging) 공정 중에 발생하는 슬래그 야적장 폐수이므로 세척작업을 거친 토양을 안정화시키는데 별도의 중화제가 요구되지 않게 된다.

스크린(10)은 입자 크기가 제1설정치를 초과하는 토양을 거르는 제1스크린(12)과, 제1스크린(12)을 통과한 토양 중에 입자 크기가 제2설정치를 초과하는 토양을 거르는 제2스크린(14)과, 제2스크린(14)을 통과한 토양 중에 입자 크기가 제3설정치를 초과하고 1차 세척작업이 이루어진 토양을 거르는 제3스크린(16)을 포함한다.

일반적으로 중금속 오염은 입자가 큰 자갈을 제외한 입자가 작고 표면적이 넓은 실트(Silt)나 클레이(Clay)재질에 오염되는 경향이 있으므로 토양의 세척작업을 진행하기 전에 제1스크린(12)을 통과시켜 입자가 큰 토양을 선별하여 오염되지 않은 토양으로 분리한다.

또한, 세척기(30)에 의한 세척작업이 진행되는 동안에도 제2스크린(14)과 제3스크린(16)에 의해 입자가 큰 토양을 분리하여 정화가 완료된 토양으로 분리한다.

세척기(30)는 제2스크린(14)이 설치되고 제2스크린(14)에 세척액을 분사하는 노즐이 설치되어 습식 분리작업을 행하는 제1세척조(32)와, 제1세척조(32)를 통과한 토양에 세척액을 분사하여 토양과 세척액을 섞는 제2세척조(34)와, 제3스크린(16)을 통과한 토양에 세척액을 분사하여 토양과 세척액을 섞는 제3세척조(36)를 포함한다.

제1세척조(32) 내부에는 제2스크린(14)이 설치되므로 제1세척조(32)를 통과하는 토양은 세척액이 분사되어 정화작업이 진행됨과 동시에 제2스크린(14)에 의해 입자가 큰 토양이 걸러지므로 1차 세척에 의해 정화가 완료되는 토양을 거르게 된다.

제2세척조(34)에는 토양을 이동시키면서 세척액과 토양을 교반하는 스크루샤프트(34a)가 설치되어 제2세척조(34)로 투입되는 토양이 스크루샤프트(34a)에 의해 이동되어 제2세척조(34)를 통과하게 된다.

또한, 제2세척조(34)의 상면에는 노즐이 설치되므로 스크루샤프트(34a)에 의해 토양이 이동될 때에 토양에 세척액이 분사되므로 토양과 세척액이 스크루샤프트(34a)에 의해 교반되어 세척작업이 이루어지게 된다.

제2세척조(34)를 통과하는 토양의 통과시간은 스크루샤프트(34a)의 회전속도에 의해 결정되며, 이때, 노즐을 통해 분사되는 세척액의 양에 의해 토양과 세척액 사이의 비율이 결정된다.

제3세척조(36) 내벽에는 나사산(36b)이 형성되고, 나사산(36b) 사이에는 세척액을 분사하는 노즐이 설치되면, 제3세척조(36)의 기울기를 조절하여 토양의 이동 속도를 제어하는 다리(36a)가 설치된다.

제3세척조(36)는 다리(36a)에 회전 가능하게 설치되고 다리(36a)의 길이를 조절하여 제3세척조(36)의 기울기를 조절할 수 있으므로 제3세척조(36)를 통과하는 토양의 통과시간을 조절할 수 있게 되며, 이는 본 발명의 기술구성을 인지한 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 것이므로 구체적인 도면이나 설명은 생략하기로 한 다.

침출수 공급부(50)는 제3세척조(36)를 통과한 토양을 이동시키는 컨베이어벨트(52)와, 컨베이어벨트(52)를 따라 이동되는 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하는 노즐(54)을 포함한다.

제3세척조(36)를 통과하여 세척작동이 완료된 토양이 컨베이어벨트(52)를 따라 이동될 때에 노즐(54)을 따라 분사되는 슬래그 침출수 및 슬래그 미분이 토양과 접촉되면서 산성인 세척액에 의해 산성화된 토양을 안정화시킨다.

또한, 슬래그 침출수 및 슬래그 미분과 토양이 접촉되면, 슬래그 침출수 및 슬래그 미분에 포함된 Fe, Mn, Zn 및 Ca 등의 무기질과 실리카 등의 착이온이 토양에 잔류되는 중금속과 반응하여 불용성 착화합물을 이루므로 중금속을 안정화시킨다.

침출수 공급부(50)를 통과한 토양은 탈수기(72)로 옮겨져 세척액을 제거하게 되고, 이때, 제거된 세척액은 응집기(74)에 모아진 후에 침전기(76)에서 회수되어 다시 토양 정화장치의 세척액으로 재활용된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 정화장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 정화방법이 도시된 순서도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 정화방법은 토양을 입자 크기별로 분리하여 세척액을 분사하는 세척단계(S10)와, 세척이 이루어진 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하여 토양의 산성화를 억제하는 안정화단계(S20)를 포함한다.

토양을 입자 크기에 따라 선별하여 오염되지 않은 토양은 분리하고, 세척작업이 진행되는 동안에 세척이 완료된 토양도 분리한 후에 토양에 잔류하는 중금속을 안정화시킴과 동시에 토양의 ph를 안정화시켜 토양의 산성화를 억제하게 된다.

세척단계(S10)는 토양을 제1스크린(12)에 통과시켜 입자 크기가 제1설정치를 초과하는 토양을 거르는 제1분리단계(S12)와, 입자 크기가 제1설정치 이하인 토양을 제1세척조(32)로 통과시키면서 세척액을 분사하고, 제2스크린(14)으로 통과시키면서 입자의 크기가 제2설정치를 초과하는 토양을 거르는 제2분리단계(S14)와, 입자 크기가 제2설정치 이하인 토양을 제2세척조(34)에 투입하여 토양에 세척액을 분사하여 교반시키는 제1세척단계(S16)와, 제2세척조(34)를 통과한 토양을 제3스크린(16)으로 통과시켜 입자의 크기가 제3설정치를 초과하는 토양을 거르는 제3분리단계(S18)와, 입자 크기가 제3설정치 이하인 토양을 제3세척조(36)로 통과시키면서 세척액을 분사하여 교반시키는 제2세척단계(S19)를 포함한다.

상기한 바와 같이 토양을 입자 크기에 따라 분리하는 작업과 토양에 세척액을 분사하여 교반하는 작업을 다수 차례 교호로 행함으로써, 토양에 포함된 중금속을 제거할 수 있게 된다.

제1분리단계(S12)에서는 토양의 입자 크기가 약40mm 이상인 토양을 걸러내어 오염되지 않은 토양으로 분류하는데, 이는 중금속 오염이 주로 입자가 작은 미사나 점토에서 이루어지기 때문이다.

제2분리단계(S14)에서는 토양의 입자 크기가 약10mm 이상인 토양을 걸러내어 오염되지 않은 토양으로 분류하며, 제2분리단계(S14)가 진행되는 동안에 제1세척조(32) 내부로 분사되는 세척액에 의하여 입자 크기가 약10mm 이상인 토양은 정화가 완료되기 때문이다.

또한, 제3분리단계(S16)에서는 토양의 입자 크기가 약2mm 이상인 토양을 걸러내어 오염되지 않은 토양으로 분류하며, 제2분리단계(S14)와 제1세척단계(S16)가 진행되는 동안에 분사되는 세척액에 의해 중금속이 제거된 토양을 거르고, 입자 크기가 약2mm 이하인 토양에 포함된 중금속을 제2세척단계(S19)에서 제거하게 된다.

제1세척단계(S16)는 제2세척조(34)에 설치되는 스크루샤프트(34a)의 회전속도를 100rpm~150rpm으로 제어하여 제2세척조(34)를 통과하는 토양의 통과시간을 20분~45분으로 조절한다.

이는 제1세척단계(S16)가 진행되는 동안의 효과적인 세척작동을 행하기 위한 것이므로 세척시간이 20분 미만인 경우에는 세척이 완료되지 않은 토양이 배출되는 문제점이 있고, 세척시간이 45분을 초과하는 경우에는 토양의 세척이 완료된 후에도 필요 이상으로 제2세척조가 구동되는 문제점이 발견되었다.

또한, 제1세척단계(S16)에서는 세척액과 토양의 중량비가 1.5 내지 2.5 대 1인 것이 바람직하며, 상기한 바와 같은 수치는 다수 차례에 걸쳐 실행된 실험에 의해 판단된 실험 데이터이다.

제2분리단계(S14)에서 분사되는 세척액은 EDTA용출액을 포함하고, 제1세척단계(S16)에서 분사되는 세척액은 EDTA용출액을 포함한다.

EDTA용출액은 4개의 카복실산염과 2개의 아민기를 매개로 하여 금속과 결합 하는 무색의 결정성 물질이며, 거의 모든 금속이온과 수용성 킬레이트를 만드는 특징을 갖고 있다.

따라서 중금속 오염된 토양에 EDTA용출액을 분사하여 교반하면, EDTA 착이온이 중금속과 화합물을 형성하며, EDTA와 중금속의 착화합물은 불용성이고 토양 내에서 수소이온 농도를 증가시키므로 쉽게 침전되어 세척액과 함께 분리된다.

제2세척단계(S19)에서 분사되는 세척액은 질산용액을 포함하며, 질산용액은 EDTA용출액과 비교하여 중금속을 보다 효과적으로 분리할 수 있으므로 마지막 세척단계에서 중금속 분리를 위해 질산용액을 사용한다.

상기한 EDTA용출액의 농도는 0.01M 내지 0.1M을 유지하며, 질산용액의 농도는 0.01M 내지 0.05M인 것이 바람직하다.

EDTA용출액은 농도가 0.01M 미만일 때에 중금속 제거효율이 나빠지고, 농도가 0.1M을 초과할 때에는 EDTA의 가격이 비교적 고가이므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 질산용액도 농도가 0.01M 미만일 때에 중금속 제거효율이 나빠지고, 농도가 0.05M을 초과할 때에는 경제성이 나빠짐과 동시에 산성 용출제 특성에 의해 토양이 황폐화되고, 다음 공정에서 이루어지는 안정화단계의 효율까지 나빠지는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 세척단계(S10)가 완료된 후에는 슬래그 침출수 및 슬래그 미분이 컨베이어벨트(52)에 의해 이동되는 토양에 분사되는 안정화단계(S20)가 진행되며, 이때, 분사되는 슬래그 침출수는 ph11 이상을 유지하므로 토양의 ph를 상 승시켜 안정화시키고, 토양에 포함된 중금속을 안정화시켜 복토재로 활용할 수 있도록 한다.

안정화단계(S20)가 종료된 후에는 토양을 탈수기(72)로 공급하여 폐세척액을 수거하는 탈수단계(S30)가 진행되고, 응집기(74)에 의해 모아진 폐세척액을 침전기(76)에서 침전물과 세척액으로 분리하여 세척액을 재활용하게 된다.

이로써, 효과적으로 중금속을 제거하고, 정화된 토양을 용이하게 안정화시킬 수 있는 토양 정화장치 및 그 정화방법을 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

또한, 토양 정화장치 및 그 정화방법을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 토양이 아닌 다른 제품에도 본 발명의 정화장치 및 정화방법이 사용될 수 있다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 정화장치가 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 정화방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 스크린 12 : 제1스크린

14 : 제2스크린 16 : 제3스크린

30 : 세척기 32 : 제1세척조

34 : 제2세척조 36 : 제3세척조

50 : 침출수 공급부 52 : 컨베이어벨트

54 : 노즐 72 : 탈수기

74 : 응집기 76 : 침전기

Claims (11)

1. 토양을 입자 크기별로 분리하는 스크린;

   상기 스크린을 통과하는 토양에 세척액을 분사하는 세척기; 및

   상기 세척기를 통과한 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하여 토양의 산화를 억제하는 침출수 공급부를 포함하고;

   상기 스크린은,

   입자 크기가 제1설정치를 초과하는 토양을 거르는 제1스크린;

   상기 제1스크린을 통과한 토양 중에 입자 크기가 제2설정치를 초과하는 토양을 거르는 제2스크린; 및

   상기 제2스크린을 통과한 토양 중에 입자 크기가 제3설정치를 초과하고, 1차 세척작업이 이루어진 토양을 거르는 제3스크린을 포함하고;

   상기 세척기는,

   상기 제2스크린이 설치되고, 상기 제2스크린에 세척액를 분사하는 노즐이 설치되어 습식 분리작업을 행하는 제1세척조; 및

   상기 제1세척조를 통과한 토양에 세척액를 분사하여 토양과 세척액를 섞는 제2세척조; 및

   상기 제3스크린을 통과한 토양에 세척액를 분사하여 토양과 세척액를 섞는 제3세척조를 포함하고;

   상기 침출수 공급부는,

   상기 제3세척조를 통과한 토양을 이동시키는 컨베이어벨트; 및

   상기 컨베이어벨트를 따라 이동되는 토양에 슬래그 침출수 및 슬래그 미분을 분사하는 노즐을 포함하고;

   상기 노즐을 통해 분사되는 슬래그 침출수 및 슬래그 미분이 토양에 잔류되는 중금속과 반응하여 불용성 착화합물을 이루면서 중금속을 안정화시킬 수 있도록 상기 슬래그 미분은, Fe, Mn, Zn 및 Ca로 이루어지는 무기질과, 실리카로 이루어지는 착이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 정화장치.
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